CN111655399B - 用于连续铸造的浸入式入口喷嘴 - Google Patents

Abstract

本发明揭示一种用于连续铸造工艺的浸入式入口喷嘴，其包含一对三角形端口，所述对三角形端口从所述端口的顶部部分变窄到底部部分。这些三角形端口可通过提高离开所述喷嘴而到模具中的液态钢的速度而增加所述端口的排放处的流体流量。

Description

用于连续铸造的浸入式入口喷嘴

优先权

本申请案主张2018年1月26日申请的标题为“具有用于连续铸造模具的流体流量增加的圆锥形端口的浸入式入口喷嘴(Submerged Entry Nozzle with Conic ShapePorts for Fluid Flow Improvement in Continuous Casting Molds)”的序列号为62/622,363的美国临时申请案的优先权，所述申请案的揭示内容以引用的方式并入本文中。

背景技术

可在炼钢中使用连续铸造来产生半成品钢形状，例如铸锭、扁钢胚、中胚、钢胚等。在典型连续铸造工艺(10)中，如图1中展示，可将液态钢(2)转移到盛钢桶(12)，其中液态刚(2)可从盛钢桶(12)流动到固持浴槽或喂槽(14)。液态钢(2)可接着经由喷嘴(20)流动到模具(18)中。在一些版本中，选择性地打开且关闭滑动门组合件(16)以选择性地开始及停止液态钢(2)流动到模具(18)中。

在图2及3中更详细展示典型连续铸造喷嘴(20)或浸入式入口喷嘴(SEN)。例如，喷嘴(20)可包括内孔(26)，内孔(26)沿着中心纵轴线(A)延伸穿过喷嘴(20)而到喷嘴(20)的底部部分(B)处的封闭端(28)。如图2中最佳所见，内孔(26)在底部部分(B)处由喷嘴(20)的大体上笔直壁界定，所述笔直壁大体上平行于纵轴线(A)以形成大体上圆柱形轮廓。一对端口(24)可接着最接近喷嘴(20)的封闭端(28)上方穿过喷嘴(20)的相对侧表面定位。因此，液态钢(2)可流动通过喷嘴(20)的内孔(26)，离开端口(24)而到模具(18)中。

在一些例子中，液态钢通过喷嘴到模具的吞吐量例如在稳态条件下或在盛钢桶更换期间可为低的。这可归因于喷嘴区域附近的热钢的供给不足而导致粘附及/或桥接(bridging)问题，其还可引起模具粉末熔化不足。这可引起铸钢的缺陷及/或铸造工艺的停工。因此，可期望增加连续铸造工艺中通过SEN的流体流量以减少此类粘附及/或桥接问题。

发明内容

提供一种用于连续铸造工艺中的浸入式入口喷嘴，其包括一对三角形端口。这些三角形端口可通过提高离开喷嘴而到模具中的液态钢的速度而增加所述端口的排放处的流体流量。这可减少在稳态或低吞吐量条件下的喷嘴与模具之间的粘附及/或桥接问题。因此，此连续铸造喷嘴可提高模制钢的质量及连续铸造工艺的效率，同时降低成本。

附图说明

据信，将从结合附图的某些实例的以下描述更好地理解本发明，其中相同元件符号识别相同元件。

图1描绘连续铸造工艺的示意图。

图2描绘图1的连续铸造工艺的现有技术连续铸造喷嘴的横截面侧视图。

图3描绘图2的现有技术喷嘴的横截面正视图。

图4描绘用于与图1的连续铸造工艺一起使用的包括三角形端口的连续铸造喷嘴的俯视透视图。

图4A描绘由图4的线4A围绕的图4的喷嘴的放大部分透视图。

图5描绘图4的喷嘴的正视图。

图5A描绘沿着图5的线5A-5A获取的图5的喷嘴的横截面图。

图5B描绘沿着图5的线5B-5B获取的图5的喷嘴的横截面图。

图6描绘图4的喷嘴的正视图，其中省略喷嘴的外壁以展示喷嘴的内壁。

图7描绘图6的喷嘴的底部部分的一部分横截面图。

图8描绘图6的喷嘴的底部部分的一部分透视图。

图9描绘图6的喷嘴的底部部分的一部分侧视图。

图10描绘用于与图1的连续铸造工艺一起使用的包括三角形端口的另一连续铸造喷嘴的底部部分的一部分正视图，其中省略喷嘴的外壁以展示喷嘴的内壁。

图11描绘用于与图1的连续铸造工艺一起使用的包括三角形端口的另一连续铸造喷嘴的底部部分的一部分横截面图，其中省略喷嘴的外壁以展示喷嘴的内壁。

图12描绘用于与图1的连续铸造工艺一起使用的另一连续铸造喷嘴的底部部分的一部分透视图，其中省略喷嘴的外壁以展示喷嘴的内壁。

图13描绘图12的喷嘴的侧视图。

图14A描绘通过图4的喷嘴的端口的流体的流径的透视示意图。

图14B描绘通过图2的现有技术喷嘴的端口的流体的流径的透视示意图。

图15A描绘通过图4的喷嘴的端口的流体的流径的正视示意图。

图15B描绘通过图2的现有技术喷嘴的端口的流体的流径的正视示意图。

图16A描绘通过图4的喷嘴的一对端口而到模具中的流体的流径的透视示意图。

图16B描绘通过图2的现有技术喷嘴的一对端口而到模具中的流体的流径的透视示意图。

图17A描绘通过图4的喷嘴的端口而到模具中的流体的流径的正视示意图。

图17B描绘通过图2的现有技术喷嘴的端口而到模具中的流体的流径的正视示意图。

图18A描绘通过图4的喷嘴的一对端口而到模具中的流体的流径的仰视示意图。

图18B描绘通过图2的现有技术喷嘴的一对端口而到模具中的流体的流径的仰视示意图。

图式不希望以任何方式进行限制，且预期可以各种其它方式(包含图式中未必描绘的方式)实行本发明的各个实施例。并入说明书中且构成说明书的一部分的附图描绘本发明的若干方面，且与描述一起用于解释本发明的原理及概念；然而，应理解，本发明不受限于所展示的精确布置。

具体实施方式

本发明的以下描述及实施例不应用于限制本发明的范围。所属领域的技术人员将从以下描述明白本发明的其它实例、特征、方面、实施例及优点。如将意识到，本发明可预期除了本文中具体论述的所述示范性实施例以外的替代实施例而不脱离本发明的范围。因此，应将图式及描述视为在本质上为阐释性且非限制性的。

在一些例子中，在连续铸造工艺中通过SEN的流体的吞吐量例如在稳态条件或盛钢桶更换期间可为低的。此类条件可导致喷嘴与模具之间的液态钢的粘附及/或桥接，这可引起喷嘴区域附近的热钢的供给不足。当SEN定位于浅浸入深度时，这些效应可能恶化。借此可期望增加在连续铸造工艺中离开SEN的流体流量。因此，提供包括从顶部部分渐缩到底部部分的三角形端口的喷嘴以提高SEN的排放区域处的流体流动速度。这可减少粘附及/或桥接问题且借此提高模制钢的质量及连续铸造工艺的效率，同时降低成本。

参考图4到9，展示用于与图1中描绘的连续铸造工艺(10)一起使用的浸入式入口喷嘴(120)。喷嘴(120)包括外表面(121)及通过内表面(130)纵向通过喷嘴(120)形成的内孔(126)。如图4到5B中最佳所见，喷嘴(120)的外表面(121)包括顶面(122)、底面(128)、前表面(123)、后表面(125)及一对相对侧表面(127)。在所描绘实施例中，前表面(123)及后表面(125)大体上平坦且相对侧表面(127)是弧形以形成大体上长圆形横截面轮廓，但可使用其它合适形状，例如卵形、圆形、矩形、正方形、椭圆形等。内孔(126)接着从敞开顶面(122)延伸到封闭底面(128)附近的喷嘴(120)的底部部分。

在图6到9中更详细展示内表面(130)，其中出于阐释性目的省略外表面(121)。在所描绘实施例中，内表面(130)包括漏斗部分(131)、圆柱形部分(132)、锥形部分(134)及矩形部分(136)以在内表面(132)内界定内孔(126)。漏斗部分(131)邻近喷嘴(120)的顶面(122)定位且包括向内渐缩到圆柱形部分(132)的大体上圆形形状。如图5A中最佳所见，圆柱形部分(132)包括大体上圆形横截面轮廓形状，且在喷嘴(120)内延伸到锥形部分(134)。锥形部分(134)接着从大体上圆形横截面轮廓形状到大体上矩形横截面轮廓形状过渡内孔(126)。如图5B中最佳所见，此大体上矩形横截面轮廓形状继续延伸穿过矩形部分(136)而到喷嘴(120)的底部部分。

喷嘴(120)的内孔(126)接着在矩形部分(136)的底部处分叉以形成从内孔(126)延伸到喷嘴(120)的每一侧表面(127)的一对端口(124)。参考图7，每一端口(124)以约0°到约15°之间的角度(α)(例如约5°的角度(α)，但可使用任何其它合适角度)在喷嘴(120)内向外且向下延伸。如图8到9中最佳所见，每一端口(124)的形状包括从较宽顶部部分渐缩到较窄底部部分的倒三角形轮廓。例如，每一端口(124)包括顶面(144)、底面(142)及在顶面(144)与底面(142)之间延伸的一对侧表面(141)。在所描绘实施例中，顶面(144)比底面(142)更宽，使得每一侧表面(141)在顶面(144)与底面(142)之间向内且向下延伸。顶面(144)、底面(142)及侧表面(141)中的每一者可大体上平坦，其中第一对圆形边角(143)定位于顶面(144)与侧表面(141)之间且第二对圆形边角(145)定位于侧表面(141)与底面(142)之间。鉴于本文中的教示，所属领域的一般技术人员还将明白端口(124)的其它合适形状。

例如，图10到13展示包括三角形端口的SEN的其它阐释性配置。图10展示类似于上文描述的喷嘴(120)的喷嘴(220)，除了喷嘴(220)包括内表面(230)的矩形部分(236)与每一端口(224)的顶面(244)之间的圆角(239)或圆形边角。圆角(239)可具有约5mm到约20mm之间的半径，但可使用其它合适尺寸。

图11展示类似于上文描述的喷嘴(120)的喷嘴(320)的另一实施例，除了喷嘴(320)包括一对相对端口(324)，所述对相对端口(324)从内孔(326)向外延伸，使得端口(324)的底面(342)与内孔(326)的纵轴线形成大体上直角(β)。因此，每一端口(324)的顶面(344)可从内孔(326)向下且向外倾斜而端口(324)的底面(342)大体上水平，使得端口(324)从内孔(326)变窄到端口(324)的开口。

图12到13展示类似于上文描述的喷嘴(320)的喷嘴(420)的另一实施例，除了喷嘴(420)包括每一端口(424)的底面(442)处的通道(447)。例如，每一端口(424)可包括弧形顶面(444)及向下且向内延伸到底面(442)的锥形侧表面(441)。底面(442)包括向下且向内延伸到圆形通道(447)(其从底面(442)向下延伸)的一对锥形底面(445)。通道(447)可借此在端口(424)的每一开口之间延伸。还可使用端口(124、224、324、424)的其它合适配置。

包括三角形端口的SEN可借此并入到连续铸造工艺(10)中。例如，喷嘴(120、220、320、420)可定位于模具(18)内，使得喷嘴(120、220、320、420)的端口(124、224、324、424)浸入模具(18)内。液态钢(2)可接着流动通过喷嘴(120、220、320、420)的内孔(126、226、326、426)，离开端口(124、224、324、424)而到模具(18)中。

如图14A到18B中展示，在包括三角形轮廓的端口(124)的开口处排放的液态钢的速度高于在包括笔直端口(24)的现有技术喷嘴(20)的端口(24)的开口处排放的液态钢的速度。例如，使用现有技术喷嘴(20)执行的模拟展示离开端口(24)的液态钢的上部滚动可能未适当地发生，从而导致弯月面(meniscus)处的低速度。液态钢还可在SEN(20)区域附近未经适当地供给，这也会阻止钢的适当润滑。相较于现有技术喷嘴(20)，使用三角形端口(124)执行的模拟展示具有提高速度的端口(124)的排放处的增加流体流量。此提高速度可有助于完成在浅及深浸入深度离开端口(124)的液态钢的上部循环。这还可减少喷嘴(124)与模具(18)之间的固化钢的粘附及/或桥接的问题以及未预期的回转。此外，增加流体流量可确保盛钢桶更换期间的浸入式盛钢桶管套(shroud)操作及铸造长序列时模具中的适当流体流量，增加更多灵活性以降低盛钢桶更换时的铸造速度且提供更均匀侵蚀。鉴于本文中的教示，所属领域的一般技术人员还将明白包括三角形端口(124、224、324、424)的喷嘴(120、220、320、420)的其它合适配置及方法。

实例

以下实例涉及可组合或应用本文中的教示的各种非穷尽方式。应理解，以下实例不希望限制可在任何时间在本申请案中或在本申请案的后续申请中呈现的任何权利要求书的涵盖范围。没有免责声明。仅出于阐释性目的提供以下实例。预期可以许多其它方式布置且应用本文中的各种教示。还预期一些变化可省略下文实例中提及的某些特征。因此，下文所提及的方面或特征不应被视为是关键的，除非发明者或发明者感兴趣的后继者在将来另外明确如此指示。如果在本申请案或在与本申请案相关的后续申请中呈现包含超出下文提及的特征的额外特征的任何权利要求书，那么不应假定为了与可专利性相关的任何原因已添加所述额外特征。

实例

实例1

一种用于连续铸造的浸入式入口喷嘴，其包括外表面及界定从所述喷嘴的顶面延伸到所述喷嘴的底部部分的内孔的内表面，其中所述喷嘴包括从所述内孔的底部部分延伸到所述外表面的一对端口，其中所述对端口中的每一端口包括所述外表面处的从每一端口的顶部部分变窄到每一端口的底部部分的三角形开口。

实例2

根据实例1所述的喷嘴，其中所述外表面包括大体上平坦前表面及后表面以及介于所述前表面与所述后表面之间以形成大体上长圆形横截面轮廓的一对弧形侧表面。

实例3

根据实例1或2所述的喷嘴，其中所述内孔包括从所述喷嘴的所述顶面向下延伸的大体上圆柱形部分。

实例4

根据实例3所述的喷嘴，其中所述内孔包括与所述大体上圆柱形部分耦合的锥形部分，其中所述锥形部分从大体上圆柱形形状过渡到大体上矩形形状。

实例5

根据实例1到4中任一实例所述的喷嘴，其中所述内孔包括大体上矩形部分，其中所述对端口与所述大体上矩形部分耦合。

实例6

根据实例1到5中任一实例所述的喷嘴，其中所述对端口中的每一端口以约0度到约15度之间的角度从所述内孔向外且向下延伸。

实例7

根据实例1到6中任一实例所述的喷嘴，其中所述对端口中的每一端口包括顶面、底面及在所述顶面与所述底面之间延伸的一对侧表面，其中所述顶面、所述底面及所述侧表面大体上平坦，其中所述侧表面中的每一者从所述顶面向下且向内渐缩到所述底面。

实例8

根据实例7所述的喷嘴，其中所述对端口中的每一端口包括所述顶面、所述底面及所述侧表面之间的圆形边角。

实例9

根据实例1到8中任一实例所述的喷嘴，其中所述喷嘴包括所述内孔与所述对端口中的每一端口的顶面之间的圆角。

实例10

根据实例1到9中任一实例所述的喷嘴，其中所述对端口中的每一端口包括经定位与所述内孔的纵轴线成大体上直角的底面。

实例11

根据实例1到10中任一实例所述的喷嘴，其中所述对端口中的每一端口包括沿着每一端口的底面的长度延伸的通道。

实例12

一种连续铸造***，其包括喷嘴及模具，其中所述喷嘴包括从所述喷嘴的顶面延伸到所述喷嘴的底部部分的内孔，其中所述喷嘴包括从所述内孔的底部部分延伸到所述喷嘴的所述底部部分处的开口的至少一个端口，其中所述喷嘴的所述底部部分浸入所述模具内，其中所述至少一个端口的所述开口的宽度从所述开口的顶部部分减小到所述开口的底部部分。

实例13

根据实例12所述的***，其中所述至少一个端口的所述开口包括倒三角形形状。

实例14

根据实例12或13所述的***，其中所述至少一个端口以约0度到约15度之间的角度从所述内孔向外且向下延伸。

实例15

根据实例12到14中任一实例所述的***，其中所述喷嘴包括所述内孔与所述至少一个端口的顶面之间的圆角。

实例16

根据实例12到15中任一实例所述的***，其中所述至少一个端口包括经定位与所述内孔的纵轴线成大体上直角的底面。

实例17

根据实例12到16中任一实例所述的***，其中所述至少一个端口包括沿着所述端口的底面的长度延伸的通道。

实例18

一种操作连续铸造***的方法，其包括：提供喷嘴，所述喷嘴包括纵向延伸穿过所述喷嘴的内孔及从所述内孔延伸到所述喷嘴的外表面的至少一个端口，其中所述至少一个端口包括从所述至少一个端口的顶部部分减小到所述至少一个端口的底部部分的宽度；将所述喷嘴定位于模具内，使得所述至少一个端口浸入所述模具中；及使流体流动通过所述内孔且经由所述至少一个端口将所述流体排放到所述模具中。

实例19

根据实例18所述的方法，其中所述至少一个端口包括三角形形状。

实例20

根据实例18或19所述的方法，其中随着所述至少一个端口从所述内孔延伸到所述外表面，所述至少一个端口向下倾斜。

虽然已展示及描述本发明的各个实施例，但可由所属领域的一般技术人员通过适当修改完成本文中描述的方法及***的进一步调适而不脱离本发明的范围。已提及若干此类潜在修改，且所属领域的技术人员将明白其它潜在修改。例如，上文论述的实例、实施例、几何形状、材料、尺寸、比率、步骤及类似者是阐释性的而非必需的。因此，本发明的范围应依据可呈现的任何权利要求书考虑且被理解为不受限于说明书及图式中展示及描述的结构及操作的细节。

Claims (16)

1.一种用于连续铸造的浸入式入口喷嘴，其包括外表面及界定从所述喷嘴的顶面延伸到所述喷嘴的底部部分的内孔的内表面，其中所述喷嘴包括从所述内孔的底部部分延伸到所述外表面的一对端口，其中所述对端口中的每一端口包括顶面、底面及在所述顶面与所述底面之间延伸的一对侧表面以形成从所述喷嘴的中心部分延伸至所述外表面的三角形开口，所述对端口从所述内孔向外延伸，使得所述端口的所述底面与所述内孔的纵轴线形成大体上直角，每一端口的所述顶面从所述内孔向下且向外倾斜而所述端口所述的底面大体上水平，使得所述端口从所述内孔变窄到所述端口的开口。

2.根据权利要求1所述的喷嘴，其中所述外表面包括大体上平坦前表面及后表面以及介于所述前表面与所述后表面之间以形成大体上长圆形横截面轮廓的一对弧形侧表面。

3.根据权利要求1所述的喷嘴，其中所述内孔包括从所述喷嘴的所述顶面向下延伸的大体上圆柱形部分。

4.根据权利要求3所述的喷嘴，其中所述内孔包括与所述大体上圆柱形部分耦合的锥形部分，其中所述锥形部分从大体上圆柱形形状过渡到大体上矩形形状。

5.根据权利要求1所述的喷嘴，其中所述内孔包括大体上矩形部分，其中所述对端口与所述大体上矩形部分耦合。

6.根据权利要求1所述的喷嘴，其中所述对端口中的每一端口包括所述顶面、所述底面及所述侧表面之间的圆形边角。

7.根据权利要求1所述的喷嘴，其中所述喷嘴包括所述内孔与所述对端口中的每一端口的所述顶面之间的圆角。

8.根据权利要求1所述的喷嘴，其中所述对端口中的每一端口包括沿着每一端口的所述底面的长度延伸的通道。

9.一种连续铸造***，其包括喷嘴及模具，其中所述喷嘴包括从所述喷嘴的顶面延伸到所述喷嘴的底部部分的内孔，其中所述喷嘴包括从所述内孔的底部部分延伸到所述喷嘴的所述底部部分处的开口的至少一个端口，其中所述喷嘴的所述底部部分浸入所述模具内，其中所述至少一个端口的所述开口的宽度从所述开口的顶部部分减小到所述开口的底部部分，并且，其中随着所述至少一个端口的顶面和底面从所述喷嘴的中心部分向所述喷嘴的外表面延伸，所述顶面和所述底面之间的距离变得较小，其中所述至少一个端口的所述底部部分大体上水平。

10.根据权利要求9所述的***，其中所述至少一个端口的所述开口包括倒三角形形状。

11.根据权利要求9所述的***，其中所述喷嘴包括所述内孔与所述至少一个端口的所述顶面之间的圆角。

12.根据权利要求9所述的***，其中所述底面经定位与所述内孔的纵轴线成大体上直角。

13.根据权利要求9所述的***，其中所述至少一个端口包括沿着所述端口的底面的长度延伸的通道。

14.一种操作连续铸造***的方法，其包括：

提供喷嘴，所述喷嘴包括纵向延伸穿过所述喷嘴的内孔及从所述内孔延伸到所述喷嘴的外表面的一对端口，其中所述对端口的每一端口包括从所述端口的顶部部分减小到底部部分的宽度，其中所述对端口的每一端口包括从所述内孔连续向下地延伸至所述外表面的顶面和底面，其中所述底面水平地延伸，其中随着所述顶面和所述底面从所述内孔向所述外表面延伸，所述顶面和所述底面之间的距离变得较小；

将所述喷嘴定位于模具内，使得所述对端口的每一端口浸入所述模具中；及

使流体流动通过所述内孔且经由所述对端口将所述流体整体排放到所述模具中来使所述对端口增加所述流体流经所述对端口时所述流体的速度。

15.根据权利要求14所述的方法，其中所述对端口的每一端口包括三角形形状。

16.根据权利要求14所述的方法，其中随着所述对端口从所述内孔延伸到所述外表面，所述对端口的每一端口向下倾斜。

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